1장

해마: 기억에서 상상으로

우리가 어떻게 무한한 상상력을 발휘할 수 있을까요? 놀랍게도 이 질문의 답을 찾기 위한 신경과학 여행은 기억 연구에서 시작됩니다. 과거를 기억하는 것과 미래를 상상하는 것은 다른 일처럼 보이죠. 그래서 과학자들도 2007년까지는 상상과 기억을 담당하는 뇌 부위가 다를 거라고 생각했습니다.

하지만 2007년, 놀라운 발견이 있었습니다. 새로운 기억을 만드는 데 중요한 역할을 한다고 알려진 '해마'라는 뇌 부위가 상상에도 관여한다는 것이 밝혀진 거예요. 이 장에서는 1950년대 기억 연구부터 2000년대 상상 연구까지, 해마에 대한 중요한 발견들을 살펴보겠습니다.

헨리 몰레이슨: 잊을 수 없는 기억상실증 환자

헨리 몰레이슨(대중에게는 H.M.이라는 이니셜로 알려짐)은 1926년 2월 코네티컷주 맨체스터에서 태어났습니다. 그는 심한 간질 때문에 27세가 되어서도 정상적인 생활을 할 수 없었어요. 1953년 9월, 신경외과 의사 윌리엄 스코빌이 그의 증상을 완화하기 위해 뇌의 일부를 제거했습니다.

수술은 발작을 조절하는 데는 성공적이었지만, 예상치 못한 부작용이 생겼습니다. 그는 새로운 경험을 기억하는 능력을 잃어버린 거예요. 놀랍게도 감각, 운동, 언어, 지능, 단기 기억, 심지어 오래된 기억들은 거의 손상되지 않았습니다. 오직 새로운 경험을 기억하는 능력만 심각하게 손상된 것이죠.

몰레이슨의 사례 이전에는 많은 과학자들이 기억이 뇌 전체의 기능이라고 생각했습니다. 예를 들어, 칼 래슬리라는 유명한 과학자는 쥐들을 미로에서 훈련시킨 후 뇌를 여러 부분 잘라내는 실험을 했어요. 그런데 특정 부위를 자르면 기억이 손상되는 게 아니라, 자른 양이 많을수록 기억 손상이 심해진다는 것을 발견했죠. 그래서 뇌 전체가 기억을 저장한다고 결론을 내렸습니다.

하지만 몰레이슨의 사례는 이와 달랐습니다. 특정 뇌 부위가 새로운 기억을 만드는 일만 전담한다는 것이 밝혀진 거예요. 수술로 제거된 부위는 해마를 포함한 내측 측두엽이었습니다. 이 발견은 우리가 기억과 뇌를 이해하는 방식을 완전히 바꿔놓았습니다.

그림 1.1: 헨리 몰레이슨의 뇌. 내측 측두엽이 양쪽에서 제거되었습니다.

기억의 굳어짐 과정

몰레이슨의 또 다른 놀라운 증상은 시간에 따라 달라지는 과거 기억 상실이었습니다. 그는 새로운 기억을 만들 수 없을 뿐만 아니라, 수술 전에 경험한 일들 중 일부도 기억하지 못했어요. 특히 수술 1~2년 전의 일들은 대부분 기억하지 못했지만, 아주 오래된 기억들은 남아 있었습니다.

이것은 내측 측두엽이 새로운 기억을 만들 뿐만 아니라 최근 기억을 떠올리는 데도 필요하다는 것을 보여줍니다. '시스템 굳어짐 이론'에 따르면, 새로운 기억은 먼저 해마에 빠르게 저장되었다가 '굳어짐' 과정을 거쳐 대뇌피질 같은 다른 곳으로 옮겨진다고 해요.

왜 우리 뇌는 이렇게 복잡한 방식으로 기억을 저장할까요? 아마도 두 개의 저장소를 갖는 것이 유리하기 때문일 거예요.

예를 들어 생각해봅시다. 여러분이 차를 타고 출근한다면, 저녁에 차를 찾기 위해 아침에 어디에 주차했는지 정확히 기억해야 합니다. 하지만 평생 매일의 주차 위치를 정확히 기억할 필요는 없겠죠? 대신 '차를 타고 출근해서 회사 주차장에 주차했다'는 정도만 기억하면 충분합니다.

해마는 최근 경험의 세부사항을 일시적으로 저장하고(일화 기억), 대뇌피질은 여러 경험에서 일반적인 사실을 추출해 영구적으로 저장하는(의미 기억) 역할을 한다고 볼 수 있습니다.

해마와 상상

몰레이슨 사례가 발표된 지 50년 후인 2007년, 또 한 번 기억 연구의 흐름을 바꾸는 발견이 있었습니다. 데미스 하사비스와 동료들은 해마 손상 환자들이 기억뿐만 아니라 생생한 상상에도 어려움을 겪는다는 것을 발견했어요.

연구자들은 환자들에게 가상의 상황을 상상해보라고 했습니다. 예를 들어 '아름다운 열대 만의 하얀 모래사장에 누워 있다고 상상해보세요' 같은 지시를 했죠. 정상인들은 쉽게 다양한 상상을 했지만, 해마 손상 환자들은 그럴듯한 장면을 상상하는 데 어려움을 겪었습니다.

같은 해에 발표된 다른 연구들도 비슷한 결론을 내렸습니다. fMRI라는 뇌 영상 기술을 사용한 연구에서, 사람들이 과거를 회상할 때뿐만 아니라 미래를 상상할 때도 해마가 활성화된다는 것을 발견했어요.

기본 모드 네트워크

우리가 편안히 쉬고 있을 때, 외부 세계에 주의를 기울이지 않을 때 특히 활발해지는 뇌 부위들이 있습니다. 이런 부위들을 모아 '기본 모드 네트워크'라고 부릅니다.

놀랍게도 이 네트워크는 우리가 쉴 때 더 활발해집니다. 어려운 과제를 수행할 때보다 말이죠. 이 네트워크의 발견은 사실 우연이었어요. 1980년대에 뇌 영상 연구를 할 때 '휴식' 상태를 대조 조건으로 사용했는데, 데이터가 쌓이면서 휴식 중에 더 활발한 뇌 부위들이 있다는 것을 발견한 거죠.

그럼 사람들은 휴식 중에 무엇을 했을까요? 대부분 과거를 회상하거나(어젯밤 저녁 생각하기) 미래를 상상하며(백일몽) 시간을 보냈다고 합니다. 기본 모드 네트워크는 다른 사람의 마음 읽기, 도덕적 판단하기, 창의적 사고하기 등 다양한 내적 사고 활동과 관련이 있습니다.

그림 1.2: 트롤리 딜레마. 폭주하는 트롤리가 5명의 작업자를 향해 달려갑니다. 레버를 당기면 트롤리를 옆 선로로 돌릴 수 있지만, 거기에는 1명이 있습니다. 어떻게 하시겠습니까?

이 책의 뒷부분에서 다루겠지만, 혁신적인 아이디어는 종종 휴식 중이나 심지어 잠자는 동안에도 떠오릅니다. 우리가 쉴 때 뇌가 게으른 것처럼 보이지만, 실제로는 기본 모드 네트워크가 활발히 작동하고 있어요. 그리고 해마는 이 네트워크의 중요한 구성원입니다.

요약

해마 손상은 상상 능력을 해치고, 기본 모드 네트워크의 중요한 부분인 해마는 미래를 상상하는 것을 포함한 내적 사고와 관련해 활성화됩니다. 물론 이런 발견들에도 한계는 있어요. 해마 손상 환자들은 보통 다른 뇌 부위도 손상되어 있고, 뇌 영상 연구는 신경 활동을 직접 측정하는 게 아니라 혈류를 간접적으로 측정합니다.

그럼에도 불구하고 이 발견들의 의미는 분명합니다. 해마는 기억뿐만 아니라 상상에도 관여한다는 것이죠. 헨리 몰레이슨 사례 발표 50년 만에 기억 연구의 새로운 전환점을 맞은 거예요. 그래서 사이언스 지는 2007년 해마의 상상 관여 발견을 그해의 10대 돌파구 중 하나로 선정했습니다.